一种水电站群电站与机组混合优化调度方法

摘要

本发明属于水电调度领域，公开了一种混合水电站和水电机组对象的优化调度方法。首先以电站为基本调度单元进行水电站群优化计算初始解生成，并进行优化求解；而后，对需要将出力控制到机组的电站采用厂内经济运行方法，在水电站总出力过程升降趋势约束下，以耗水量最小准则分配各时段各机组出力；最后，在机组调控基本调控算法支持下，分别依据调控是否需要细化到机组的要求，对不同电站以电站或机组为调度基本单元，以逐次逼近算法的优化调度计算。本发明将电网安全约束纳入自动控制方法中，可兼顾电网安全与集控中心控制目标，实现在线实时控制与离线短期调度计划的有机衔接，满足控制安全性、时效性、实用性、经济性的要求。

主权项

一种水电站群电站与机组混合优化调度方法，其特征在于，(一)调度电站调控阶段：采用各种基于逐次逼近的短期优化调度算法求解；(二)调度计算机组负荷分配阶段，分为两部分，具体如下：第一部分：对于任一时段t，按以下方法确定面临时段的开机机组组合及机组出力上下限；(1)确定开机机组组合；若t时段电站出力则t时段开机机组组合与t‑1时段相同；若且需要增加开机机组，则优先选择耗水率小且已满足停机持续时段要求的机组进行开机；若且需要减少开机机组，则优先选择耗水率大且已满足开机持续时段要求的机组进行停机；(2)以上述开机机组组合为基础，确定机组出力上下限；若则各机组的上下限均为本机组在t‑1时段的出力；若则任一k号机组的出力上下限按方法①确定；若则任一k号机组的出力上下限按方法②确定：方法①：对于任一k号机组，考虑出力升降趋势约束，则要求t时段出力下限考虑出力爬坡上限约束，则要求t时段出力上限考虑出力极值点持续时段约束，若t时段之前机组出力连续相等的时段数小于给定的持续时段要求，且处于下降趋势中，则对各出力区间范围取交集，确定t时段k号机组出力上下限；方法②：对于任一k号机组，考虑出力升降趋势约束，则要求t时段出力上限考虑出力爬坡上限约束，则要求t时段出力下限且考虑出力极值点持续时段约束，若t时段之前机组出力连续相等的时段数小于给定的持续时段要求，且处于上升趋势中，则对各出力区间范围取交集，确定t时段k号机组出力上下限；第二部分：对于任一时段t，进行固定机组的最优负荷分配，按下述步骤(1)～(5)确定各机组出力；(1)若给定的电站出力等于或大于所有机组出力上限之和，则各机组出力取本机组出力上限值，负荷分配结束；若给定的电站出力等于或小于所有机组出力下限之和，则各机组出力取本机组出力下限值，负荷分配结束；(2)按给定的出力离散步长pstep_m，确定新的电站出力和各机组出力上下限；待分配的电站出力从修正为${\tilde{p}\mathrm{give}}_m^t{=\mathrm{pgive}}_m^t-{\mathrm{pgive}}_m^t\%{\mathrm{pstep}}_m;$任一k号机组的出力上限修正为${\tilde{p}\max }_{m,k}^t={p\max }_{m,k}^t-{p\max }_{m,k}^t\%{\mathrm{pstep}}_m+{\mathrm{pstep}}_m,$出力下限修正为${\tilde{p}\min }_{m,k}^t={p\min }_{m,k}^t-{p\min }_{m,k}^t{\%\mathrm{pstep}}_m;$(3)以水电站发电流量最小为目标，利用动态规划构建顺向递推方程组$\left.\begin{array}{cc}{q}_{m,k}^{t,*}({\bar{p}}_{m,k}^t,H_m^t)=\min [q_{m,k}^t(p_{m,k}^t,H_m^t)+q_{m,k}^{t,*}({\bar{p}}_{m,k-1}^t,H_m^t)]& \\ {\bar{p}}_{m,k-1}^t={\bar{p}}_{m,k}^t-p_{m,k}^t& (k=\mathrm{1,2},...,J_m)\\ q_{m,0}^{t,*}({\bar{p}}_{m,0}^t,H_m^t)=0& {\forall \bar{p}}_{m,0}^t\end{array}\right\},$确定各机组最优出力；(4)按原机组出力上下限修正各机组出力，并进一步调整未分配电站出力${\mathrm{pleave}}_m^t={\mathrm{pgive}}_m^t-{\tilde{p}\mathrm{give}}_m^t;$对于任一k号机组，若$p_{m,k}^t>{p\max }_{m,k}^t,$则$p_{m,k}^t={p\max }_{m,k}^t,$且未分配出力${\mathrm{pleave}}_m^t={\mathrm{pleave}}_m^t+(p_{m,k}^t-{p\max }_{m,k}^t);$若$p_{m,k}^t<{p\min }_{m,k}^t,$则$p_{m,k}^t={p\min x}_{m,k}^t,$且${\mathrm{pleave}}_m^t={\mathrm{pleave}}_m^t+({p\min }_{m,k}^t-p_{m,k}^t);$(5)按各机组耗水率从小到大的顺序，将电站未分配出力依次分给各机组，直至${\mathrm{pleave}}_m^t=0;$(三)调度电站与机组混合调控阶段(1)单台机组以水定电a.计算机组发电流量和末水位首先计算j号机组发电流量为其他机组发电流量不变时的t时段末库容：为t时段初m号电站水库库容；为m号电站水库入库流量；为m号电站k号机组t时段发电流量；J_m为m号电站可用机组数目；Δ_t为时段t小时数；以水定电有两种模式，第一是允许主动调整，就是在给定出库流量偏大产生弃水而又没有蓄满的情况下，主动蓄水减少弃水；第二种是不主动调整，严格按照给定出库流量处理；采用允许主动调整模式时，且则$q_{m,j}^t=(V_m^t-{\bar{V}}_m^{t+1})/\left({3600\Delta }_t\right)+(Q_m^t-\underset{k\ne j}{\underset{1\le k\le J_m}{\Sigma }}{q}_{m,k}^t),$为t+1时段初水位上限；若$q_{m,j}^t>{\bar{q}}_{m,j}^t,{\mathrm{qd}}_m^t=q_{m,j}^t-{\bar{q}}_{m,j}^t,q_{m,j}^t={\bar{q}}_{m,j}^t;$为m号电站j号机组最大发电引用流量；若$V_m^{t+1}<{\underset{‾}{V}}_m^{t+1},$则$V_m^{t+1}={\underset{‾}{V}}_m^{t+1},q_{m,j}^t=(V_m^t-{\underset{‾}{V}}_m^{t+1})/\left({3600\Delta }_t\right)+(Q_m^t-\underset{k\ne j}{\underset{1\le k\le J_m}{\Sigma }}{q}_{m,k}^t);$若$q_{m,j}^t<0,$$q_{m,j}^t=0,V_m^{t+1}=V_m^t+3600(Q_m^t-\underset{k\ne j}{\underset{1\le k\le J_m}{\Sigma }}{q}_{m,k}^t-q_{m,j}^t){\Delta }_t;$为t+1时段初水位下限；b.设定迭代计算次数i＝1；设定各机组i轮发电流量为c.计算各台机组发电水头$H_{m,k}^t=(Z_m^t+Z_m^{t+1})/2-{\mathrm{Zd}}_m\left(\underset{1\le k\le J_m}{\Sigma }{q}_{m,k}^{t,i}\right)-h\left(q_{m,k}^{t,i}\right),$和分别为m号电站水库t和t+1时段初水位，由和由水位库容关系曲线插值得到；d.计算各台机组发电出力或发电流量若控制其他机组发电流量过程不变，则计算各机组发电出力k＝1,2,…,J_m，为m号电站k号机组t时段水头下，发电流量时的发电出力计算函数；转步骤b；若控制其他机组发电出力过程不变，则计算和其他各机组发电流量$q_{m,k}^{t,i}={\mathrm{qnh}}_{m,k}^t(p_{m,k}^t,H_{m,k}^t),k=\mathrm{1,2}...j-1,j+1,...,J_m,{\mathrm{qnh}}_{m,k}^t(q_{m,k}^t,H_{m,k}^t)$为m号电站k号机组t时段水头下，发电出力时的发电流量计算函数；而后计算此时的末库容和末水位：按照与步骤a种相同的方法，在库容超限时，依据是否允许主动调整，来修改由水位库容曲线差值得到和若i>1且$\forall k=\mathrm{1,2},...,j-1,j+1,...,J_m,$则转步骤b，否则i＝i+1，设$q_{m,k}^{t,i}=q_{m,k}^{t,i-1},k=\mathrm{1,2},...,j-1,j+1,...,J_m$转步骤c；(2)单台机组以电定水1)首先采用龙格库塔数值算法求解的初始解：龙格库塔法的计算公式为：$V_m^{t+1}=V_m^t+\frac{1}{6}[k_1+2(k_2+k_3)+k_4]$$k_1={3600\Delta }_t[Q_m^t-S_{m,j}^t(Z_m\left(V_m^t\right),p_{m,j}^t)-\underset{k\ne j}{\underset{1\le k\le J}{\Sigma }}{q}_{m,k}^t]$$k_2={3600\Delta }_t[Q_m^t-S_{m,j}^t(Z_m(V_m^t+k_1/2),p_{m,j}^t)-\underset{k\ne j}{\underset{1\le k\le J}{\Sigma }}{q}_{m,k}^t]$$k_3={3600\Delta }_t[Q_m^t-S_{m,j}^t(Z_m(V_m^t+k_2/2),p_{m,j}^t)-\underset{k\ne j}{\underset{1\le k\le J}{\Sigma }}{q}_{m,k}^t],$$k_4={3600\Delta }_t[Q_m^t-S_{m,j}^t(Z_m(V_m^t+k_3),p_{m,j}^t)-\underset{k\ne j}{\underset{1\le k\le J}{\Sigma }}{q}_{m,k}^t]$其中k₁、k₂、k₃、k₄为中间计算值，为由库容为时，m号水电站水库的库容，在水库水位‑库容关系曲线上用插值法求得；由平均水库水位为Z(V_t)，给定出力为时，m号电站j号机组的发电流量，需采用迭代计算方式：初算下游水位${\mathrm{ZD}}_m^t={\mathrm{Zd}}_m\left(\underset{1\le k\le J_m}{\Sigma }{q}_{m,k}^{t,i}\right),$则发电水头为$H_{m,k}^{t,i}=Z\left(V_t\right)-{\mathrm{ZD}}_m^t;$设定n＝1，反复重复下面的迭代计算更新发电水头，直到ε为设定精度：$H_{m,j}^t=Z\left(V_t\right)-{\mathrm{Zd}}_m\left(\underset{1\le k\le J_m}{\Sigma }{q}_{m,k}^{t,n}\right)-h\left(q_{m,j}^{t,n}\right),q_{m,j}^{t,i}={\mathrm{qnh}}_{m,j}^t(p_{m,j}^t,H_{m,j}^t),$更新n＝n+1；2)采用迭代计算方法精确求解：a.设迭代次数为i＝1；b.计算末库容和末水位：按照与“单台机组以水定电”中相同的方法，在库容超限时，依据是否允许主动调整，来修改由水位库容曲线差值得到和c.采用与1)中相同的迭代计算方法计算下游水位和发电水头计算j号机组的发电流量为若其他电站采用固定发电出力，则计算$q_{m,k}^{t,i}={\mathrm{qnh}}_{m,k}^t(p_{m,k}^t,H_{m,k}^t),k=\mathrm{1,2},...,j-1,j+1,...,J_m;$若其他电站采用固定发电流量，则计算$q_{m,k}^{t,i}={\mathrm{nqh}}_{m,k}^t(p_{m,k}^t,H_{m,k}^t),k=\mathrm{1,2},...,j-1,j+1,...,J_m;$若$|q_{m,k}^{t,i}-q_{m,k}^{t,i-1}|<\delta ,$k＝1,2,…,J_m则转步骤b，否则设i＝i+1，(3)单台机组定水位调节算法根据在产生弃水时，是否主动抬高给定末水位；在无法满足水量平衡时，是否主动降低末水位；计算主要采用水量平衡方程：$q_{m,j}^t=(V_m^t-V_m^{t+1})/\left({3600\Delta }_t\right)+(Q_m^t-\underset{k\ne j}{\underset{1\le k\le J_m}{\Sigma }}{q}_{m,k}^t)$和出力计算函数$p_{m,k}^t=\mathrm{nqh}(q_{m,k}^t,H_{m,k}^t).$